甲烷氧化

摘要： 乙烯是重要的化工基础原料,生产方式主要是石油裂解,随着石油资源的日益匮乏,寻找新的乙烯生产路线成为研究重点。我国天然气储量丰富,甲烷氧化偶联(OCM)制乙烯工艺路线得到研究者的广泛关注。OCM路线是能够替代石油资源生产烯烃的重要途径,也是高效清洁利用天然气的重要发展方向。本文综述甲烷氧化偶联制乙烯的反应过程以及催化剂类型,对不同类型催化剂的OCM性能进行对比,具体分析提高甲烷氧化偶联催化性能的关键因素,有利于推进OCM催化剂的研究进程。

摘要： 甲烷氧化微生物和氨氧化微生物均是既可以氧化甲烷(CH_(4))又可以氧化氨(NH_(3)),氨氧化是硝化作用的限速步骤,也是好氧土壤氧化亚氮(N_(2)O)排放的主要生物路径。选取内蒙古草原围封禁牧土壤为研究对象,利用稳定同位素核酸探针技术(DNA-SIP)探讨不同氮水平下土壤活性甲烷氧化微生物与硝化微生物及其相互作用机制。结果发现低氮添加促进甲烷氧化活性,而高氮添加抑制甲烷氧化活性;低氮和高氮添加均显著增强硝化活性。基于DNA-SIP的高通量测序结果发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB分别是该土壤的主要活性甲烷氧化和硝化微生物。网络结构分析发现Methylobacter MOB和Nitrosospira AOB/Nitrospira NOB存在显著负相关关系,进一步证明活性甲烷氧化和硝化微生物之间存在竞争性相互作用。以上结果表明,氮素水平影响草原土壤甲烷氧化和硝化微生物的相互作用,研究结果为采取措施调控草原土壤CH_(4)的汇和N_(2)O的源功能以及减缓气候变暖的进程提供理论基础。

摘要： 甲烷合成甲醇的方法包括间接法和直接催化氧化(DMTM)法,但是间接法对设备要求高,且甲烷转化率与甲醇选择性均不理想,DMTM法可通过一步反应高选择性制备甲醇,有巨大的应用潜力。对于甲烷DMTM法合成甲醇,均相催化体系通常需要特殊反应介质与贵金属催化剂相结合,虽然反应效率高,但对反应设备有腐蚀性,产物不易分离,应用前景差。液相-异相催化一般使用H_(2)O_(2)作为氧化剂,Au、Pd、Fe和Cu等金属元素作为催化剂主要活性组分,·OH是主要的氧化活性物,可在低温下实现甲烷的活化氧化。因此,异相催化体系是目前研究的主流。气相-异相催化主要使用O_(2)和N_(2)O为氧化剂,前者氧化性更强,后者对于产品选择性更好,此外,厌氧体系中H_(2)O也可直接作为氧供体,常用Cu、Fe、Rh等元素作为催化剂。沸石分子筛是使用最广泛的载体,金属氧化物、金属有机骨架化合物(MOFs)和石墨烯也均有涉及,多金属协同催化已经取得了很好的效果。本文主要总结与概述了热催化甲烷直接催化氧化制备甲醇的近年相关研究,并对今后的研究方向做出了展望。

摘要： 前不久,农业农村部农业生态与资源保护总站发布了《农业农村减排固碳十大技术模式》,这是我国首次以减排固碳为主题发布的农业农村领域的相关技术模式。一是稻田甲烷减排技术。该技术采用高产低碳品种、旱耕湿整、增密控水栽培、施用减排肥料等措施,在保障水稻丰产、稳产的同时,抑制稻田甲烷的产生,加快甲烷氧化速度,降低甲烧的排放量。

摘要： CH_(4)和CO_(2)是岩浆热液系统中的重要挥发组分,两者之间的转换机制是一个重要的科学问题,在碳循环和流体作用等诸多方面都具有重要意义。例如在成矿过程中,CH_(4)和CO_(2)的加入会改变成矿流体性质,CO_(2)还能缓冲流体pH,对成矿元素的迁移和沉淀富集有重要影响。前人通过研究瑞士阿尔卑斯山中部石炭纪、二叠纪、三叠纪地层裂隙石英中的流体包裹体发现,在较高温度条件下,黑云母的绿泥石化能将CH_(4)氧化生成CO_(2),然而缺少相关的实验地球化学证据。因此,本项研究选择黑云母作为氧化剂开展了CH_(4)的氧化实验研究。通过对黑云母-甲烷-水体系、黑云母-碳化铝-水体系以及甲烷-水体系的实验研究发现,证实了黑云母能够将CH_(4)氧化为CO_(2),起始反应温度约150°C,远低于地质研究结果。对于黑云母-甲烷-水体系和甲烷-水体系实验,采用熔融毛细硅管作为反应腔,而对于黑云母-碳化铝-水体系实验,则采用粗石英管作为反应腔。对反应后黑云母残片的能谱分析表明,变价元素Fe含量大量降低,表明黑云母中三价Fe作为氧化剂参与了反应。这一结果为地质系统中黑云母等铁锰暗色矿物在中低温条件下氧化CH_(4)形成CO_(2)提供了实验和理论支撑。而CH_(4)向CO_(2)的转变过程,将改变热液流体的性质,有利于富CO_(2)成矿流体的形成,对金属矿床形成具有重要意义。

摘要： 为提高垃圾填埋场生物覆盖层的微生物甲烷氧化能力,本文通过培养瓶试验与土柱试验研究了pH对水稻秸秆生物炭改性土的微生物甲烷氧化速率的影响。结果表明,生物炭是碱性材料,降低生物炭改性土的pH能显著提升其甲烷氧化性能,当生物炭改性土(炭掺量20%)的pH从10.4降低到5.8时,其甲烷峰值氧化速率是初始值的5倍。土柱尺度下,pH=5.8时的稳定甲烷氧化速率是pH=10.4时的5.5倍。这是由于弱酸性下生物炭改性土中甲烷氧化菌与甲烷单加氧酶的活性最高。受土柱堆积情况与空气流通影响,土柱上部的甲烷氧化速率高于下部,大尺度下的甲烷氧化速率明显小于小尺度。

摘要： 污染场地的健康风险和环境地质危害备受关注,自然衰减被公认是优选修复技术。对存在非水相液体的场地,源区非水相液体残余导致的“拖尾和反弹”问题对污染场地自然衰减技术提出了挑战。近年来源区自然消除技术的出现丰富深化了自然衰减修复的内涵,展现了解决“拖尾和反弹”问题的巨大潜力。本文综述了轻非水相液体(LNAPL)污染场地源区自然消除的研究历程和最新成果,研究显示:①2000年至今,自然衰减修复的相关研究逐渐从地下水污染羽衰减转向包气带源区自然消除;②包气带自然消除过程被证实是源区自然消除的关键生物过程,占LNAPL总质量损失的90%~99%;③LNAPL挥发过程中的生物降解是源区自然消除的主要研究对象。在以上研究过程中,建立的源区自然消除研究方法:①可分为LNAPL源区-羽识别、定性判断和定量估算三个部分;②包气带定量评估常用浓度梯度、二氧化碳通量(动态密闭室和静态捕集)和热力学梯度是量化评估的三类方法。综合已有的研究进展和难点,可以预见,在未来研究中,识别源区LNAPL的成分变化、明确源区自然消除的限速因子,以及开发恰当的气体脱气和气泡逃逸观测方法,是源区自然消除修复方法应用推广需解决的关键科学问题。

摘要： 填埋场是重要的人为甲烷释放源。填埋场覆盖层是控制填埋场甲烷无序释放的最后屏障。本文系统介绍了覆盖层甲烷氧化的微生物机制以及影响覆盖层甲烷氧化的因子。系统分析微量气体组分对甲烷氧化的影响与机制,对于丰富填埋场覆盖层甲烷氧化理论,实现填埋场甲烷减排具有指导意义。

摘要： 污水处理过程中产生的厌氧消化气体(主要成分是CH和CO)是污水处理厂碳排放的主要来源之一。以H和CH为基质的膜生物膜反应器(MBfR)技术的兴起,为氧化性污染物的生物还原和污水处理厂的碳减排提供了一种很有前景的方案。介绍了以H或CH为基质的MBfR(H_(2)/CH_(4)-MBfR)的运行原理、优缺点,对MBfR在去除氧化性污染物方面的研究情况进行了总结、比较和评价。通过解析H_(2)/CH_(4)-MBfR中微生物利用CH和CO进行自身代谢的过程,指出H_(2)/CH_(4)-MBfR实现碳减排的途径和潜力。H_(2)/CH_(4)-MBfR在碳减排方面表现出的巨大潜力为实现“碳达峰”和“碳中和”提供了新方向,使得污水处理厂有望同步实现污染物去除和碳减排。

摘要： 甲烷作为天然气的主要组成成分,其有效利用具有重要的现实意义.本文首先介绍了甲烷转化工艺,系统地比较了传统甲烷氧化与化学链催化甲烷氧化工艺,提出化学链重整技术作为一种应用于甲烷氧化反应的新技术,提供了一个多功能平台,以清洁及有效的方式转换燃料.然后,介绍了应用于此技术的催化剂研究现状,重点关注具有高储氧性能、催化性能以及低合成成本特点的钙钛矿复合氧化物,特别综述了利用机器学习方法高通量筛选钙钛矿氧化物催化剂的理论计算工作.最后,系统讨论了钙钛矿氧化物对化学链催化甲烷氧化反应性能的影响规律,依据实验和密度泛函理论计算研究结果,对催化剂颗粒尺寸、金属离子价态、氧空穴形成能以及氧浓度同催化性能之间的关系进行了分析,提出钙钛矿氧化物催化甲烷氧化反应的关键影响因素,为钙钛矿氧化物催化剂的筛选提供理论支撑.

摘要： 本文以甲烷氧化-水蒸气重整耦合反应制合成气的自热重整过程为例，提出了一种计算多相反应体系平衡组成的方法。该方法弥补了以往优化方法计算固体结碳时的不准确性，用于计算某一确定初始组成和反应条件下，体系达到平衡时的物质组成，可以在宏观上获得该反应过程进行的终点，以及相应的能耗和热量衡算，以便减少固体结碳的生成；同时，可以根据需要初始组成和反应条件进行优化。

摘要： 瓦斯地质学是地球科学与安全工程学等学科相互交叉的新兴边缘学科,主要从地质的角度来研究煤层瓦斯涌出、赋存和地质控制瓦斯灾害.甲烷氧化菌以甲烷为唯一碳源和能源生存,在矿井瓦斯治理方面具有潜在价值.本文介绍了微生物降解矿井瓦斯的机理及可行性和瓦斯地质描述方法,提出了结合瓦斯地质规律利用甲烷氧化细菌治理矿井CH4新的研究思路,总结了微生物治理瓦斯与瓦斯地质规律的结合点,建议选育培养适应各种瓦斯地质环境生存的不同菌种,探寻具有普遍适应性的菌种,避免应用微生物治理矿井瓦斯研究的盲目性.

摘要： 21世纪以来,DNA测序技术取得革命性突破,新一代高通量测序技术将成为一种常规手段研究土壤微生物多样性,类似于目前土壤氮磷钾等营养元素的化学分析,成为土壤质量评价的常规方法.而稳定同位素核酸探针技术简称DNA/RNA-SIP(Stable Isotope Probing),通过稳定同位素示踪微生物核酸DNA/RNA,在分子水平揭示复杂环境中重要元素生态过程的微生物调控机制.本研究围绕稻田红壤甲烷的好氧氧化过程,利用新一代高通量测序技术研究土壤微生物群落整体变化规律,在DNA和RNA水平研究甲烷好氧氧化菌占土壤微生物的相对丰度变化;进一步利用稳定性同位素示踪稻田红壤甲烷好氧氧化菌的核酸DNA/RNA,揭示稻田红壤甲烷好氧氧化过程的微生物调控机制,为新一代高通量测序与稳定性同位素示踪DNA/RNA技术研究复杂环境中微生物生理生态过程的分子机制提供一定的技术参考.

摘要： 对稀土复合材料催化甲烷部分氧化制合成气进行了研究,考察了AFeo3(A=La,Nd,Sm,Eu,G-d)型催化剂的性能以及反应温度对其催化性能的影响;进行了甲烷程序升温表面反应和甲烷在催化剂上的连续流动反应。实验结果表明,由稀土金属(La,Nd,Sm,Eu,Gd)制得的AFeO3催化剂均为单一的钙钛矿结构,LaFeO3的结构在高温下最易于使化学吸附氧转变为晶格氧,选择氧化性能最好。

摘要： 本文采用沉淀法制备了CrOx/ZrO2催化剂，按Cr含量5%、10%、20%和40%(wt)称取适量Cr(NO3)3·9H2O，溶解后边搅拌边加入ZrO2粉末，继续搅拌并滴加1mo1/L(NH4)2CO3溶液至完全沉淀(pH=8)，沉淀陈化2h经洗涤、抽滤后120°C烘干过夜，再在Nz气氛中350°C焙烧4h制得前驱体，然后将前驱体分别在800和1000°C空气气氛中焙烧4h，制得催化剂分别标记为wCZ-8和wCZ-10(w表示催化剂中Cr的百分含量)。用上述沉淀方法制备的Cr2O3记为Cr-8和Cr-10，活性评价时按Cr含量20%用石英砂稀释。作为空白实验的ZrO2焙烧后记为Zr-8和Zr-10。

摘要： 对于甲烷氧化偶联反应，大多数的研究表明气相甲烷分子是在催化剂表面的活性氧物种作用下脱去一个氢原子而参与反应的[1-3]，因此催化剂表面的活性氧物种一直是许多研究者关注的焦点。文献报道的甲烷氧化偶联反应的活性氧物种的研究主要采用Raman、EPR、脉冲实验、TAP等表征手段。 除了上述手段之外，原位IR光谱技术因能够提供反应条件下催化剂表面活性氧物种的信息，因此，也是一种揭示催化反应机理的有效的实验手段。 本文主要采用了脉冲实验和原位IR光谱对催化剂在反应条件下的活性氧物种进行研究，获得催化剂表面存在超氧物种的光谱学证据。

摘要： 本文采用以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂的共沉淀法合成了大比表面积立方相铈锆钇固溶体纳米粒子,并以此为载体利用浸溃法制备了PdO含量为4％～10％的催化剂,考察了其对甲烷氧化反应的催化活性.结果表明,8％PdO/Ce0.6Zr0.3Y0.1O2表现出最好的催化活性:在CH4/O2摩尔比=1/4、空速=50000h-1和温度=320°C的条件下,甲烷完全氧化成二氧化碳和水.以铈锆钇固溶体纳米粒子作载体,大大地减小了甲烷转化率随温度变化的"滞后回线"现象.我们认为,这一优良催化性能与铈锆钇固溶体对活性相PdO的稳定作用及其较大的比表面积有关.

摘要： 采用室温固相合成前驱体Co5(OH)6(CO3)2/Al2O3(ZrO2),然后前驱物在400°C热分解3h,得到产物担载型纳米Co3O4/Al2O3(ZrO2).用X-射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜对产物的组成、形貌、大小进行表征.结果表明,产物纳米Co3O4的平均粒径为30nm左右,分散性好.担载型纳米Co3O4作为甲烷完全氧化的催化剂,具有起燃温度低,低温转化率高等优点.

摘要： 采用室温固相合成前驱体Co5(OH)6(CO3)2/Al2O3(ZrO2),然后前驱物在400°C热分解3h,得到产物担载型纳米Co3O4/Al2O3(ZrO2).用X-射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜对产物的组成、形貌、大小进行表征.结果表明,产物纳米Co3O4的平均粒径为30nm左右,分散性好.担载型纳米Co3O4作为甲烷完全氧化的催化剂,具有起燃温度低,低温转化率高等优点.

摘要： 采用室温固相合成前驱体Co5(OH)6(CO3)2/Al2O3(ZrO2),然后前驱物在400°C热分解3h,得到产物担载型纳米Co3O4/Al2O3(ZrO2).用X-射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜对产物的组成、形貌、大小进行表征.结果表明,产物纳米Co3O4的平均粒径为30nm左右,分散性好.担载型纳米Co3O4作为甲烷完全氧化的催化剂,具有起燃温度低,低温转化率高等优点.

摘要： 本发明涉及天然气的综合利用领域，公开了一种甲烷氧化偶联制乙烯催化剂及其制备方法和甲烷氧化偶联制乙烯的方法。催化剂包括载体和活性组分；所述载体为方石英，所述活性组分为氧化钐、钨酸钠和锰的氧化物；该催化剂中，基于所述载体以氧化物计的重量，氧化钐的含量为0.001‑10重量％，钨酸钠的含量为1‑6重量％，锰的氧化物的含量以锰计为0.1‑6重量％。本发明提供的催化剂在能够提高甲烷转化率、碳二及以上烃选择性，并且能提高产物中的乙烯含量。

摘要： 本发明涉及乙烯制备领域，公开了一种甲烷氧化偶联催化剂及其制备方法和甲烷氧化偶联制备乙烯的方法。所述甲烷氧化偶联催化剂包括载体以及负载在所述载体上的活性组分，其中，所述载体为方石英，所述活性组分为钨酸钠和锰的氧化物；所述甲烷氧化偶联催化剂的比表面积为1‑10m

摘要： 本发明属于甲烷氧化偶联制乙烯领域，具体涉及一种用于甲烷氧化偶联反应的固定床反应器及甲烷氧化偶联制乙烯的方法。该反应器包括反应器壳体和设置于反应器壳体内的催化剂床层、多个U型取热管束、高压蒸汽过热段；所述高压蒸汽过热段设置于催化剂床层下部；所述催化剂床层分上下两层，上层为绝热层，下层为近似等温层；所述多个U型取热管束设置于近似等温层内，一部分管束用于发生高压饱和蒸汽，另一部分管束用于将高压饱和蒸汽过热。本发明为甲烷氧化偶联制乙烯反应提供一种工业上可实施、反应温升小、取热效果好、乙烯选择性高、系统方便可调的理想反应器及控制方案，推进甲烷氧化偶联制乙烯工业化。

摘要： 本发明涉及催化剂领域，公开了一种甲烷氧化偶联反应用催化剂的短周期制备方法及甲烷氧化偶联反应用催化剂和其应用。制备方法包括：使用碳酸氧镧的前驱体浸渍液对载体进行微波浸渍，然后将浸渍后的固体物料依次进行干燥和焙烧，得到所述负载型催化剂；其中，所述碳酸氧镧的前驱体浸渍液含有镧的可溶性盐、可溶性碳源和水；其中，所述载体为埃洛石；其中，所述可溶性碳源为碳酸盐和/或碳酸氢盐，其中，所述浸渍液的pH值为8‑14。本发明的催化剂制备时间可大大降低，解决了现有制备工艺周期长的问题，并且本发明提供的催化剂且用于甲烷氧化偶联反应时，还具有较高的反应转化率和选择性。

摘要： 本发明涉及甲烷氧化偶联反应技术领域，公开了用于甲烷氧化偶联反应的催化剂装填方法和甲烷氧化偶联制乙烯的方法，包括：按照反应物料的流动方向，在甲烷氧化偶联反应的反应区中依次装填催化剂I和催化剂II；其中，所述催化剂I的起活温度不高于600°C，所述催化剂II的起活温度不低于700°C。本发明的方法能够在较低的反应起始温度下起活反应，进而能够利用反应自身的放热特点实现低能耗地在高温下持续进行甲烷氧化偶联反应，从而能够降低能耗，有效节约了能量，有利用工业化推广。

摘要： 本发明涉及乙烯制备领域，公开了一种甲烷氧化偶联催化剂及其制备方法和甲烷氧化偶联制备乙烯的方法。所述甲烷氧化偶联催化剂包括载体以及负载在所述载体上的活性组分，其中，所述载体为方石英，所述活性组分为钨酸钠和锰的氧化物；所述甲烷氧化偶联催化剂的比表面积为1‑10m2/g，比孔容为0.1‑0.7mL/g，平均孔径为30‑100nm，最可几孔径为50‑500nm。本发明的甲烷氧化偶联催化剂具有较高的催化活性和碳二及以上烃选择性。

摘要： 本发明涉及天然气的利用领域，公开了一种甲烷氧化偶联催化剂及其制备方法和甲烷氧化偶联制乙烯的方法。所述甲烷氧化偶联催化剂包括方石英以及负载在方石英上的活性组分；其中，所述活性组包含钨酸钠、锰的氧化物和氧化镓；该催化剂中，基于所述方石英的重量，钨酸钠的含量为0.9‑15重量％，锰的氧化物的含量以锰计为0.4‑6.5重量％，氧化镓的含量为0.01‑8重量％。本发明的催化剂能够有效促进高温下甲烷氧化偶联反应生成乙烯等碳二及以上烃。本发明的制备催化剂的方法步骤简单，催化剂具有更高的工业应用前景。

摘要： 本发明涉及天然气的综合利用领域，公开了一种甲烷氧化偶联制乙烯催化剂及其制备方法和甲烷氧化偶联制乙烯的方法。催化剂包括载体和活性组分；所述载体为方石英，所述活性组分为氧化钐、钨酸钠和锰的氧化物；该催化剂中，基于所述载体以氧化物计的重量，氧化钐的含量为0.001‑10重量％，钨酸钠的含量为1‑6重量％，锰的氧化物的含量以锰计为0.1‑6重量％。本发明提供的催化剂在能够提高甲烷转化率、碳二及以上烃选择性，并且能提高产物中的乙烯含量。

摘要： 本发明涉及天然气的综合利用领域，公开了一种甲烷氧化偶联催化剂及其制备方法和甲烷氧化偶联制碳二烃的方法。该催化剂包括方石英和负载在方石英上的活性组分；所述活性组分包含钨酸钠、氧化铒和锰的氧化物；所述催化剂中，基于所述方石英的重量，钨酸钠的含量为1‑15重量％，氧化铒的含量为0.01‑10重量％，锰的氧化物的含量以锰计为0.1‑6.5重量％。本发明的催化剂能够促进甲烷偶联氧化反应的进行，提高甲烷的转化率以及乙烯和乙烷的收率。

摘要： 本发明公开了一种高浓度氨氮有机废水产甲烷处理系统厌氧氨氧化耦合甲烷氧化工艺控制方法，包括如下步骤：（1）建立反应系统；（2）、颗粒污泥培养与产甲烷效能实现；（3）、微氧产甲烷颗粒污泥建立；（4）、自养脱氮建立；（5）、甲烷氧化功能实现；（6）、自养脱氮与甲烷氧化耦合：经过以上步骤，四种功能微生物MPB、AOB、AnAOB和MOB在单一微氧颗粒污泥反应系统内共存，系统对COD、氨氮和总氮的去除率分别达88%、90%和82%以上，甲烷产气量稳定在1000~2000mL/d。本发明设计合理，具有很好的实际应用价值。